学术论文-虚拟制造-清华大学论文.doc

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1、虚拟制造淸华大学，100084,北衰卅田元

2、摘要：讨论了虚拟制造的内涵，论述了与其相关概念的区别与联系，以及虚拟制造的主要特点，最后，介绍了虚拟制造10个方面的应用。关键词：虚拟制造，建模与仿真，集成一、虚拟制造产生的背景在经济全球化、贸易白山化和社会信息化的新形势下，I比界市场山过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的特征，山过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；同行业Z间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈，因此，制造业的经营战略发生了很大变化，TQCS成为现代制造企业适应市场需求、提高竞争力的关键因素。即以最快的上市速度(T—TimetoMark

3、et)>最好的质(Q—Quality)>最低的成本(C一Cost)、最优的服务(S一Service)来满足不同顾客的需求。与此同时，信息技术収得了迅速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到的进步。特别是进入九十年代以來，技术更新的速度明显加快，知识转化成生产力的时间间隔越來越短。如何利用新技术所提供的机遇，抓住用户需求，以最短的时间开发出用户能够接受的产品，已成为市场竞争的焦点。多年來的实践证明，将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必山Z路。白70年代以來，CAD技术是众多计算机应用技术中推广

4、应用的最为深入和垠为广泛的专业应用领域0—，特别在制造业中的影响力更为突出。80年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS,ComputerIntegratedManufacturingSystem)开始得到实施;80年代末,以过程集成为核心的并行丁•程(CE,ConcurrentEngineering)技术进一步提高了制造水平；进入90年代，先进制造技术进一步向更高水平发展，出现了虚拟制造(VM,VirtualManufacturing)>敏捷制造(AM,AgileManufacturing)x智能制造(IM,IntellectualMan

5、ufacturing)>绿色制造(GM,GreenManufacturing)筹新概念。尽管各种新的制造概念的侧重点不同，但都无一•例外地强调了充分利用现代信息技术的成果。但是，当人们试图利用信息技术工具解决制造系统的问题时，必然会遇到制造系统和信息系统Z间的“语义鸿沟”(Semantic沪p),也就是说，必须解决如何用信息工具描述制造系统、处理制造活动，如何在信息吐界完整地再现真实的制造系统等等。虚拟制造是沟通信息系统与制造系统的桥梁，为沟通信息技术与制造系统间'作者简介：肖田元(1947-),男，教授，博士生导师，中国系统仿真学会常务理事，研究方向为

6、系统仿真、虚拟制造、CIMSo的“语义鸿沟”提供了有效的工具和环境，它能够提供给我们有效的制造系统及制造活动信息化方法，使制造系统的产品及其制造过程数字化，以便计算机系统处理。因此，在这些诸多新概念中，“虚拟制造”引起了人们的广泛关注，不仅在科技界，而口在企业界，己经成为研究和应用的热点乙一。二、虚拟制造的定义及分类1.虚拟制造的定义虚拟制造是一个处于发展中的新概念。目前比较通行的说法是：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，通过三维模型及动画，实现产品的设计

7、、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程齐级的决策与控制能力。图1虚拟制造与实际制造：机遇：虚拟制造：迭代优化：计算机：信息：创意：修改和控制：资源：实际制造：工厂：产品：虚拟制造可以分为三个层次：第一层是宏观层，指能够覆盖从产品需求、产晶虚拟设计、产品虚拟生产到产殆虚拟消费、报废循环的整个过程，包含产晶生产企业的所有活动以及用户的消费过程，这就需要表达整个制造系统中的物流、信息流、能最流，以及系统齐单元间的关系、约束机制等，是指高层次大系统仿真；第二层是中观层，指对加工环境的仿真，包含生

8、产系统的虚拟布局，虚拟调度等生产系统的仿真，也包含零件的加工过程仿真，如刀具轨迹、加工过程仿真等；第三层是微观层，指加工过程屮制造系统被加工件的齐种微观特性的变化,如磨削加工屮工件表面状态的变化，铸造(锻压)成型过程中材料的微观现彖仿真等等。2、虚拟制造及其相关概念当前，在先进制造技术的研究过程中，产生了许多新的概念。为了说明虚拟制造的内涵，需要了解虚拟制造与其它相关概念Z间的关系。(1)虚拟制造与虚拟现实(VR,VirtualReality)虚拟现实是一种计算机生成的动态的虚拟环境，人通过适当的接口置身其中，可以参与和操纵虚拟环境中的仿真物理模型，并且

9、可以和过去的、现在的或虚拟的人物进行交互。它通过各种虚拟设备设备如立体显示系统、